本發(fā)明屬于流量測量領(lǐng)域，涉及一種抑制超聲波流量計氣泡蓄留的管路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、在如圖1所示的“π”形管路超聲波流量計中，氣泡的存在將會阻礙超聲波信號的傳播，引發(fā)超聲波的折射、散射、衍射等現(xiàn)象，造成傳播時間差測量不準(zhǔn)確的問題。在小管徑、慢流速條件下，氣泡無法隨流動的液體流出管路，易在管路內(nèi)發(fā)生積聚，嚴(yán)重積聚的氣泡將會完全阻斷超聲波信號在管路內(nèi)的傳播，使超聲波測量功能失效。

2、為去除管路中的氣泡，常用的方法是在測量管路上游采用基于重力式、旋風(fēng)式以及過濾式等原理的液氣分離器實現(xiàn)將氣體從液體中分離與排除。這種方法雖然成熟有效，但是氣液分離器的存在增加了系統(tǒng)復(fù)雜度的同時還會對測量管路的流場、壓力產(chǎn)生巨大影響。如何在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度以及不影響原有流場狀態(tài)的條件下抑制氣泡對超聲測量的影響、防止超聲流量測量功能失效，對于提升測量精度以及增強(qiáng)流量計應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性意義重大。

3、本發(fā)明提出一種簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計用于解決“π”形管路時差法超聲波流量計在流體出、入口積蓄氣泡時引起的流量測量功能失效問題。通過在管路出、入口增加凹槽結(jié)構(gòu)并對斜管段與平管段夾角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，形成液體低流速高壓區(qū)域，防止氣泡在出、入口端的積聚。凹槽的曲面設(shè)計參數(shù)以及斜、平管段的夾角度數(shù)需結(jié)合測量工質(zhì)種類、測量流量范圍等因素綜合確定，改進(jìn)的結(jié)構(gòu)可以有效防止氣泡積聚導(dǎo)致的超聲波流量計失效問題，增強(qiáng)流量計的工況適應(yīng)性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：“π”形管路時差法超聲波流量計在流體出、入口積蓄氣泡時引起的流量測量功能失效問題。由于氣體和液體聲阻抗存在顯著差異，流量計管路中氣泡的蓄積會嚴(yán)重阻礙超聲波信號的傳播，靠近換能器的氣泡甚至?xí)钩暡ǖ陌l(fā)射和接收完全失效。為了在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度以及改變流體流場的情況下防止因氣泡蓄留引發(fā)的超聲波流量計失效問題，本發(fā)明提出一種抑制超聲波流量計氣泡蓄留的管路結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種抑制超聲波流量計氣泡蓄留的管路結(jié)構(gòu)，包括斜管段、直管段；直管段的兩端分別安裝換能器，兩個斜管段以預(yù)設(shè)的角度安裝在所述直管段上；在斜管段與直管段夾角處增加凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)剖面為拋物線。

3、優(yōu)選的，所述凹槽結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，對稱軸與直管段軸線重合，包括與對稱軸垂直的平行的兩個平面，一個平面與直管段端面相接，兩個平面之間為外凸的拋物面，斜管段以預(yù)設(shè)的角度與一側(cè)拋物面相接，斜管段的軸線延長線經(jīng)過凹槽結(jié)構(gòu)的中心。

4、優(yōu)選的，所述平面垂直對稱軸方向的長度等于直管段內(nèi)部直徑。優(yōu)選的，所述凹槽結(jié)構(gòu)使得流體流經(jīng)該結(jié)構(gòu)處形成低流速高壓區(qū)域，結(jié)合所述預(yù)設(shè)的角度改善管路出入口夾角位置流場，防止氣泡積蓄；所述低流速高壓區(qū)域以不形成死區(qū)為目的。

5、優(yōu)選的，通過下述方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

6、a)確定待測介質(zhì)以及測量工況；

7、b)設(shè)置管路尺寸參數(shù)，所述的參數(shù)包括直管段管路半徑h，直管段長度s，凹槽拋物面上至少三個曲面點的坐標(biāo)、凹槽結(jié)構(gòu)軸向長度l以及管路夾角即預(yù)設(shè)的夾角α，在步驟a)條件下開展流場仿真，根據(jù)流場分布情況，初步確定管路尺寸參數(shù)；

8、c)按照確定的管路尺寸參數(shù)加工透明的試驗件；

9、d)在靜止條件下向透明的試驗件管路中注入氣泡，使氣泡位置處于管路夾角處，開展液體流動試驗；由低至高提升管路內(nèi)液體流速，記錄氣泡隨液體流出管路的最小流速；

10、e)多次重復(fù)d)中試驗，得到多組最小流速值，取其中的最大值為防止氣泡蓄積的流速估計值；

11、f)判斷流速估計值是否滿足使用需求，若滿足，則確定試驗件管路尺寸參數(shù)為最終尺寸參數(shù)；若不滿足則重復(fù)b)～e)步驟；

12、g)依據(jù)使用需求選擇管路材料，以f)中確定的最終尺寸參數(shù)開展管路加工。

13、優(yōu)選的，將管路結(jié)構(gòu)劃分為中間水平管路以及兩側(cè)左管座、右管座三部分，所述管路加工采用機(jī)械加工方式分別加工上述三部分，采用焊接工藝完成三部分的連接。

14、優(yōu)選的，三個曲面點分別為拋物線的頂點以及兩側(cè)對稱點。

15、優(yōu)選的，所述的液體流動試驗為在預(yù)設(shè)的測量工況下，將待測介質(zhì)通入管路結(jié)構(gòu)，不注入氣泡開始仿真，確定流場分布情況，選擇斜管段與直管段夾角處最低流速滿足預(yù)設(shè)的流速要求時的管路尺寸參數(shù)。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

17、(1)通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)防止氣泡積蓄功能，不增加超聲波流量計的系統(tǒng)復(fù)雜度；

18、(2)對原有流動狀態(tài)影響小，流場分布幾乎不受影響。

技術(shù)特征：

1.一種抑制超聲波流量計氣泡蓄留的管路結(jié)構(gòu)，包括斜管段、直管段；直管段的兩端分別安裝換能器，兩個斜管段以預(yù)設(shè)的角度安裝在所述直管段上；其特征在于：在斜管段與直管段夾角處增加凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)剖面為拋物線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述凹槽結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，對稱軸與直管段軸線重合，包括與對稱軸垂直的平行的兩個平面，一個平面與直管段端面相接，兩個平面之間為外凸的拋物面，斜管段以預(yù)設(shè)的角度與一側(cè)拋物面相接，斜管段的軸線延長線經(jīng)過凹槽結(jié)構(gòu)的中心。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述平面垂直對稱軸方向的長度等于直管段內(nèi)部直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述凹槽結(jié)構(gòu)使得流體流經(jīng)該結(jié)構(gòu)處形成低流速高壓區(qū)域，結(jié)合所述預(yù)設(shè)的角度改善管路出入口夾角位置流場，防止氣泡積蓄；所述低流速高壓區(qū)域以不形成死區(qū)為目的。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：通過下述方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：將管路結(jié)構(gòu)劃分為中間水平管路以及兩側(cè)左管座、右管座三部分，所述管路加工采用機(jī)械加工方式分別加工上述三部分，采用焊接工藝完成三部分的連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：三個曲面點分別為拋物線的頂點以及兩側(cè)對稱點。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的液體流動試驗為在預(yù)設(shè)的測量工況下，將待測介質(zhì)通入管路結(jié)構(gòu)，不注入氣泡開始仿真，確定流場分布情況，選擇斜管段與直管段夾角處最低流速滿足預(yù)設(shè)的流速要求時的管路尺寸參數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
一種抑制超聲波流量計氣泡蓄留的管路結(jié)構(gòu)，包括斜管段、直管段；直管段的兩端分別安裝換能器，兩個斜管段以預(yù)設(shè)的角度安裝在所述直管段上；在斜管段與直管段夾角處增加凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)剖面為拋物線所述凹槽結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，對稱軸與直管段軸線重合，包括與對稱軸垂直的平行的兩個平面，一個平面與直管段端面相接，兩個平面之間為外凸的拋物面，斜管段以預(yù)設(shè)的角度與一側(cè)拋物面相接，斜管段的軸線延長線經(jīng)過凹槽結(jié)構(gòu)的中心。

技術(shù)研發(fā)人員：劉清源,龍軍,趙春陽,關(guān)威,劉錦濤,李永,魏延明,王平,姚兆普,蔡坤,汪旭東,呂泰增,張恒,付新菊,張占海,孫超,姜鵬,石召新,朱智博,董明義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京控制工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/2